超声检测的物理基础习题.pdf

第二章疑声检测的物理基砒第二章超声检测的物理基础习题第二章疑声检测的物理基砒一、是非题2.1 波动过程中能量传播是靠相邻两质点的相互碰撞 来完成的。（X）2.2 波只能在弹性介质中产生和传播。（义）2.3 由于机械波是由机械振动产生的，所以波动频率 等于振动频率。（。）2.4 由于机械波是由机械振动产生的，所以波长等于 振幅。（X）2.5 传声介质的弹性模量越大，密度越小，声速就越 高。（。）2.6 物体作谐振动时，在平衡位置的势能为零。（。）2.7 一般固体介质中声速随温度升高而增大。（X）第二章疑声检测的物理基砒2.8 由端角反射率试验结果推断，使用KN2.5的探头探 测单面焊焊缝根部未焊透缺陷，灵敏度较低，可能 造成漏检。（Q2.9 超声波扩散衰减的大小与介质无关。（。）2.10 超声波的频率越高，传播速度越快。（义）2.11 介质能传播横波和表面波的必要条件是介质具有 切变弹性模量。（。）2.12 频率相同的纵波，在水中的波长大于在钢中的波 长。（X）2.13 既然水波能在水面传播，那么超声表面波也能沿 液体表面传播。（义）第二章疑声检测的物理基砒2.14 因为超声波是由机械振动产生的，所以超声波在介 质中的传播速度即为质点的振动速度。（义）2.15 如材质相同，细钢棒（直径入）与钢锻件中的 声速相同。（X）2.16 在同种固体材料中，纵、横波声速之比为常数。（O）2.17 不同的固体介质，弹性模量越大，密度越大，则 声速越大。（义）2.18 表面波在介质表面作椭圆振动，椭圆的长轴平行 于波的传播方向。（义）2.19 波的叠加原理说明，几列波在同一介质中传播并相 遇时，都可以合成一个波继续传播。（X）第二章疑声检测的物理基砒2.20 在超声波传播方向上，单位面积，单位时间通过 的超声能量叫声强。（X）2.21 超声波的能量远大于声波的能量，1MHz的超声 波的能量相当于IKHz声波能量的100万倍。（O）2.22 声压差2倍，则两信号的分贝差为6dB（分贝）。（X）2.23 材料的声阻抗越大，超声波传播时衰减越大。（义）2.24 平面波垂直入射到界面上，入射声压等于透射声 压和反射声压之和。（义）2.25 平面波垂直入射到界面上，入射能量等于透射能 量与反射能量之和。（O）第二章疑声检测的物理基砒2.26 超声波的扩散衰减与波型，声程和传声介质、晶 粒度有关。（X）2.27 对同一材料而言，横波的衰减系数比纵波大得多。（O）2.28 界面上入射声束的折射角等于反射角。（义）2.29 当声束以一定角度入射到不同介质的界面上，会 发生波型转换。（。）2.30 在同一固体材料中，传播纵、横波时声阻抗不一 样。（O）2.31 声阻抗是衡量介质声学特性的重要参数，温度变 化对材料的声阻抗无任何影响。（义）2.32 超声波垂直入射到平界面时，声强反射率与声强 透射率之和等于1。第二章疑声检测的物理基砒2.33 超声波垂直入射到异质界面时，界面一侧的总 声压等于另一侧的总声压。（。）2.34 超声波垂直入射到Z2。的界面时，声压透过率 大于1,说明界面有增强声压的作用。（X）2.35 超声波垂直入射到异质界面时，当底面全反射时,声压往复透射率与声强透射率在数值上相等。（。）2.36 超声波垂直入射时，界面两侧介质声阻抗差愈 小，声压往复透射率愈低。（X）2.37 当钢中的气隙（如裂纹）厚度一定时，超声波频 率增加，反射波高也随着增加。（Q2.38 超声波倾斜入射到异质界面时，同种波型的反 射角等于折射角。（X）第二章疑声检测的物理基砒2.39 超声波倾斜入射到异质界面时，同种波型的折射 角总大于入射角。(X)240超声波以10角入射至水/钢界面时，反射角等于10 o(O)241超声波入射至钢/水界面时，第一临界角约为14.5 o(X)2.42 第二介质中折射的横波平行于界面时的纵波入射 角为第一临界角。(X)2.43 如果有机玻璃/铝界面的第一临界角大于有机玻璃/钢界面第一临界角，则前者的第二临界角也一定大于 后者。(义)2.44 只有当第一介质为固体介质时，才会有第三临界 角。(O)第二章疑声检测的物理基砒2.45横波斜入射至钢/空气界面不人羽用仕JU 互七时，横波声压反射率最低。（。）246超声波入射到GC2的凸曲面时，其透过波集聚。（O）2.48 以有机玻璃作声透镜的水浸聚焦探头，有机玻璃/水界面为凹曲面。（X）2.49 介质的声阻抗愈大,引起的超声波的衰减愈严重.（义）2.50 聚焦探头辐射的声波，在材质中的衰减小。（义）2.51 超声波探伤中所指的衰减仅为材料对声波的吸收作 用。（X）2.52 超声平面波不存在材质衰减。（X）第二章疑声检测的物理基砒二、选择题2.1 以下关于谐振动的叙述，哪一条是错误的(A谐振动就是质点在作匀速圆周运动；B任何复杂振动都可视为多个谐振动的合成；C在谐振动中，质点在位移最大处受力最大，速度为零;D在谐振动中，质点在平衡位置速度最大，受力为零。2.2 超声波在弹性介质中传播时，下面哪句话是错误的()A介康由近及远，一层一层地振动B能量逐层向前传播C遇到障碍物的尺寸只要大于声束宽度就会全部反射D遇到很小的缺陷会产生绕射第二章疑声检测的物理基砒2.3 超声波是频率超出人耳听觉的弹性机械波，其频率 范围约为(A)A 高于20000Hz Bl 10MHzC 高于200Hz D 0.2515MHz2.4 在金属材料的超声波探伤中，使用最多的频率范围 是：(C)A 1025MHz Bll OOOKHzC 1 5MHz D 大于20000MHz2.5 机械波的波速取决于(D)A机械振动中质点的速度 B机械振动中质点的振幅C机械振动中质点的振动频率 D弹性介质的特性第二章疑声检测的物理基砒2.6 在同种固体材料中，纵波声速Cl，横波声速Cs，表面波声速Cr之间的关系是：（）CA CRCSCL B CSCLCRC CLCSCR D以上都不对2.7 在下列不同类型超声波中，哪种波的传播速度随 频率的不同而改变?（BA表面波B板波C疏密波D剪切波2.8 超声波入射到异质界面时，可能发生（D）A反射B折射C波型转换D以上都是2.9 超声波在介质中的传播速度与（D）有关。A介质的弹性B介质的密度C超声波波型D以上全部第二章疑声检测的物理基砒2.10 在同一固体材料中，纵、横波声速之比，与材料 的（C）有关？A密度B弹性模量C泊松比D以上全部2.11 质点振动方向垂直于波的传播方向的波是：（B）A纵波B横波C表面波D兰姆波2.12 在流体中可传播：（A）A纵波B横波C纵波、横波及表面波D切变波2.13 超声纵波、横波和表面波速度主要取决于：（C）A频率B传声介质的几何尺寸C传声材料的弹性模量和密度D以上都不全面，须视具体情况而定第二章疑声检测的物理基砒2.14 超声波声速c、波长入与频率f之间的关系为（AA c=Zf B 户入cC Z=c f D c=M2.15 钢中超声波纵波声速为590000c m/s,若频率为10MHz则其波长为：（C）A 59mm B 5.9mmC 0.59mm D 2.36mm2.16 下面哪种超声波的波长最短（A）A水中传播的2MHz纵波B钢中传播的2.5MHz横波C钢中传播的5MHz纵波D钢中传播的2MHz表面波第二章疑声检测的物理基砒2.17 一般认为表面波作用于物体的深度大约为(C)A半个波长 B 一个波长C两个波长 D 3.7个波长2.18 钢中表面波的能量大约在距表面多深的距离会降 低到原来的1/25。(B)A五个波长 B 一个波长C 1/10波长 D 0.5波长2.19 脉冲反射法超声波探伤主要利用超声波传播过程 中的(B)A散射特性B反射特性C透射特性D扩散特性2.20 超声波在弹性介质中传播时有(D)A质点振动和质点移动B质点振动和振动传递C质点振动和能量传播口8和6第二章疑声检测的物理基砒2.21 超声波在弹性介质中的速度是（B）A质点振动的速度B声能的传播速度C波长和传播时间的乘积D以上都不是2.22 若频率一定，下列哪种波型在固体弹性介质中传 播的波长最短：（D）A剪切波B压缩波C横波 D瑞利表面波2.23 材料的声速和密度的乘积称为声阻抗，它将影响 超声波（B）A在传播时的材质衰减B从一个介质到达另一个介质时在界面上反射和透射C在传播时的散射 D扩散角大小第二章疑声检测的物理基砒2.24 声阻抗是：（OA超声振动的参数 B界面的参数C传声介质的参数D以上都不对2.25 当超声纵波由水垂直射向钢时，其声压透射率大 于1,这意味着：（D）A能量守恒定律在这里不起作用B透射能量大于入射能量C A与B都对 D以上都不对2.26 当超声纵波由钢垂直射向水时，其声压反射率小 于0,这意味着：（B）A透射能量大于入射能量B反射超声波振动相位与入射声波互成180C超声波无法透入水中D以上都不对第二章疑声检测的物理基砒2.27垂直入射到异质界面的趋严汲来的反躬严止利透射声压：（c）A与界面两边材料的声速有关B与界面两边材料的密度有关C与界面两边材料的声阻抗有关D与入射声波波型有关2.28 在液浸探伤中，哪种波会迅速衰减：（C）A纵波B横波C表面波D切变波2.29 超声波传播过程中，遇到尺寸与波长相当的障碍物时，将发生（B）A只绕射，无反射B既反射，又绕射C只反射，无绕射D以上都可能第二章疑声检测的物理基砒2.30 在同一固体介质中，当分别传播纵、横波时，它 的声阻抗将是（C）A一样B传播横波时大C传播纵波时大D无法确定2.31 超声波垂直入射到异质界面时，反射波与透过波 声能的分配比例取决于（C）A界面两侧介质的声速B界面两侧介质的衰减系数C界面两侧介质的声阻抗D以上全部2.32 在同一界面上，声强透射率T与声压反射率r之间 的关系是（B）AT=r2 BT=l-r2 C T=l+r DT=l-r第二章疑声检测的物理基砒2.33 在同一界面上，声强反射率R与声强透射率T之 间的关系是（D）A R+T=l BT=1-R CR=1-T D 以上全对2.34 超声波倾斜入射至异质界面时，其传播方向的 改变主要取决于（B）A界面两侧介质的声阻抗B界面两侧介质的声速C界面两侧介质衰减系数D以上全部2.35 倾斜入射到异质界面的超声波束的反射声压与 透射声压与哪一因素有关（D）A反射波波型B入射角度C界面两侧的声阻抗D以上都是第二章疑声检测的物理基砒2.37 一般地说，如果频率相同，则在粗晶材料中穿 透能力最强的振动波型为：（B）A表面波B纵波C横波D三种波型的穿透力相同2.38 不同振动频率，而在钢中有最高声速的波型是:（A）A 0.5MHz的纵波 B 2.5MHz的横波C 10MHz的爬波 D 5MHz的表面波2.39 在水/钢界面上，水中入射角为17,在钢中传 播的主要振动波型为：（B）A表面波B横波C纵波D B和C第二章疑声检测的物理基砒2.40 当超声纵波由有机玻璃以入射角15射向钢界 面时，可能存在：（D）A反射纵波B反射横波C折射纵波和折射横波D以上都有2.41 如果将用于钢的K2探头去探测铝（CFe=3.23km/s,CAl=3.10km,则K值会（B）A大于2 B小于2C仍等于2 D还需其它参数才能确定2.42 如果超声纵波由水以20入射到钢界面，则在 钢中横波折射角为：（A）A约48 B约24 C39 D以上都不对第二章疑声检测的物理基砒2.43 第一临界角是：（C）A折射纵波等于90。时的横波入射角B折射横波等于90。时的纵波入射角C折射纵波等于90。时的纵波入射角D入射纵波接近90。时的折射角2.44 第二临界角是：（B）A纵波折射角等于90。时的横波入射角B横波折射角等于90。时的纵波入射角C纵波折射角等于90。时的纵波入射角D纵波入射角接近90。时的折射角第二章疑声检测的物理基砒2.45 要在工件中得到纯横波，探头入射角a必须：(C)A大于第二临界角B大于第一临界角C在第一、第二临界角之间D小于第二临界角2.46 一般均要求斜探头楔块材料的纵波速度小于被 检材料的纵波声速，因为只有这样才有可能：(A)A在工件中得到纯横波B得到良好的声束指向性C实现声束聚焦 D减少近场区的影响2.51 用4MHz钢质保护膜直探头经甘油耦合后，对 钢试件进行探测，若要得到最佳透声效果，其耦 合层厚度为(甘油CL=1920m/s)(D)A 2.45mm B 0.20mm C 0.7375mm D 0.24mm第二章疑声检测的物理基砒2.52 用直探头以水为透声楔块使钢板对接焊缝中得到 横波检测，此时探头声束轴线相对于探测面的倾角 范围为：（B）A 14.727.7 B 62.375.3 C 27.256.7 D 不受限制2.53 有一不锈钢复合钢板，不锈钢复合层声阻抗ZL基体钢板声阻抗Z2,今从钢板一侧以2.5MHz直探头 直鸣触法探测，则先叫上声压透射率公式为：（0 国 Zi+Z B.Z+Zy乜。帚。急2.54 由材质衰减引起的超声波减弱dB数等于：（C）A衰减系数与声程的乘积B衰减系数与深度的乘积C。一必必为衰减系数，1为声程）D以上都不对第二章疑声检测的物理基砒2.55 超声波（活塞波）在非均匀介质中传播，引起声能衰 减的原因是：（D）A介质对超声波的吸收B介质对超声波的散射C声束扩散 D以上全部2.56 斜探头直接接触法探测钢板焊缝时，其横波：（D）A在有机玻璃斜楔块中产生B从晶片上直接产生C在有机玻璃与耦合层界面上产生D在耦合层与钢板界面上产生2.57 制作凹曲面的聚焦透镜时，若透镜材料声速为Ci,第 二透声介质声速为C2,则两者材料应满足如下关系（B）acxc2 bcxc2 ccx=c2 dzx=z2第二章疑声检测的物理基砒2.58 当聚焦探头声透镜的曲率半径增大时，透镜焦距 将：(A)A增大B不变C减小D以上都不对2.60 介质的吸收衰减与频率的关系是(B)A与频率成反比B与频率成正比C与频率的平方成正比D与频率的平方成反比2.61 由材料晶粒粗大而引起的技减属于(B)A扩散衰减 B散射衰减C吸收衰减D以上都是第二章疑声检测的物理基砒2.62 与超声频率无关的衰减方式是(A)A扩散衰减 B散射衰减C吸收衰减 D以上都是2.63 下面有关材料衰减的叙述，哪句话是错误的:(D)A横波衰减比纵波严重B固体材料的衰减系数一般随温度上升而增大C当晶粒度大于波长1/10时对探伤有显著影响D提高增益可完全克服衰减对探伤的影响第二章疑声检测的物理基砒三、计靠敢1.1已知铝的纵波声速Cl为6300 m/s,横波声速Cs 为3100m/s,试计算频率/为2 MHz的声波在铝中 的纵、横波波长？解：已知4=6300 m/s,Cs=3100 m/s户2X106 取 l=C/f纵波入l=CS63 00 X103/2 X 106=3.15(mm)横波=CJf=3100 X103/2 X 106=1.55(mm)答：频率/为2 MHz的声波在铝中的纵波波长为3.15mm,横波波长为1.55mm。第二章疑声检测的物理基砒1.2 甘油的密度p=1270kg/m3,纵波声速 CL=1900m/s,试计算其声阻抗Z?解：BCL=1900m/s=1.9X 103 m/s,p=1270 kg/m3=1.27 X103 kg/m3Z=pC=1270X1900=2.4X 106kg/m2-s答：甘油的声阻抗为2.4Xl()6kg/m2第二章疑声检测的物理基砒1.3 显示屏上有一波为40%,若衰减12dB以后该波 高为多少？若增益6dB以后波高又多少？解：（1）衰减12dB以后该波高为七A】=201gxx/x=-72X201g=1240回=12/20+lg40占=10%第二章疑声检测的物理基砒设增益6dB以后该波高为勺a2=201gx 2a20lg =640 x2=80%答：衰减12dB以后该波高为10%,增益6dB以后波高为80%o第二章疑声检测的物理基砒1.4 已知超声波探伤仪显示屏上有A、B、C三个波，其 中A波高为满刻度的80%,B波高为满刻度的50%,C波高为满刻度的20%o(1)设A波为基准(OdB),那么B、C波高各为多少dB?(2)设B波为基准(10dB),那么A、C波高各为多少dB?(3)设C波为基准(-8dB),那么A、B波高各为多少dB?第二章疑声检测的物理基砒B 50Aba=20lg =201g=4dB B 波高为-4dBA 80C 20/=20lg =20lg=12dBA 80C波高为-12dBA 80A AB=20lg 一=20lg-=4dBB 50B 波高为 10+4=14dBC 20Acb=20lg =20lg-=-8dBB 50C波高为10+(-8)=24A 80/=20lg =20lg 一=12dB A 波高为-8+12=4dBC 20B 50A BC=20lg 一=20lg-=8dBC 20B波身为-8+8=OdB第二章疑声检测的物理基砒1.5 超声波垂直入射至水/钢界面,已知水的声速CL1=1500m/s,钢中声速Cl2=5900m/s,钢密度 p2=7800kg/m3,试计算界面声压反射率、声压透射率、声强反射率、声强透射率？解：CL1=1500m/s；CL2=5900m/s；p2=7800 kg/m3；pl=1000 kg/m3Zi=Pi X CL1=1000 X1500=1.5 X 106kg/m2.sZ2=p2 X CL2=7800 X 5900=46 X 106kg/m2.sZ-Z,46 x 10 6-1.5 x 10.r=-=-=0.94Z,+Z,46 x 10 6+1.5 x 10.2 1 o第二章疑声检测的物理基砒2 Z,2 x 46 x 10-=-=1.94Z;+Z2 46 x 10 6+1.5 x 10 6R=Z1+Z246 x 10 6-1.5 x 10-=0.8846 x 4 6+儿5*/o4Z Z)4 x 46 x 10 6 x 1.5 x 10 6T=-7 2=-=0.12(Z+Z2)2(46 X io6+1.5 X 10 6)2答：界面声压反射率为0.94、声压透射率为1.94、声强反射率为0.88、声强透射率为02第二章疑声检测的物理基砒1.6 已知超声波在有机玻璃中的Cli=2730iii/s,钢中 CL2=5900m/s,CS2=3230m/s,求超声波纵波倾斜入射 到有机玻璃/钢界面时的第一临界角画和第二临界角 an为多少？并指出探测钢材用有机玻璃横波和表面 波探头入射角的范围。解：CL1=2730m/s；CL2=5900m/s；CS2=3230m/sC L1 2730a j-arc sin-arc sin-=27.6C L2 5900C L1 2730a u=arc sin-arc sin-=57.7C 9 3230答：第一临界角内为27.60、第二临界角an为57.7 探测钢材用有机玻璃横波入射角范围为27.60 57.7第二章疑声检测的物理基砒1.7 已知超声波有机玻璃中Cli=2730hi/s,钢中 CS2=3230m/s,CL2=5900m/s,求检测钢的有机玻 璃K2(K=tg0s=2)横波斜探头的纵波入射角a L为多 少？已知：CL1=2730m/s;CL2=5900m/s;CS2=3230m/s;K=2解：K=tgps=2 则诙=63.4由 sinaL/CL1=smps/CS2(2730)=arc sin-x sin63.4-49 A3230a L-arc sin x sin 13 sC0答：K2横波斜探头纵波入射角a L为49.1第二章疑声检测的物理基砒1.8 已知钢中CLi=5900m/s,Cs=3230m/s,水中 CL2=1480m/s,超声波倾斜入射到水/钢界面。求:(1)aL=10时对应的%和0s(2)0s=45时对应的aL解：(1)aL=10时对应的灯和诙sin aL C L2 c-n L2 sin p T-sin aPl=43.8sin a T C c sin P s-sin a Lsin P C cL2o o 一Ps=22.35900-sin 1014803230-sin 101480第二章疑声检测的物理基砒(2)诙=45。时对应的5sin a T C T?L L/sin B。sCL2 1480sin a=-sin/3=-sin45C q 3230aL=18.9答：5=10时对应的%为43为和根为22.3；0s=45。时对应的5为18.9第二章疑声检测的物理基砒1.9某工件厚度T=240mm,测得第一次底波为 满刻度的90%,第二次底波为15%,如果忽 略反射损失，试计算该材料的衰减系数？解：衰减系数B201g-6a巴2690201g-6s jS 15.6-6-=-=0.02dB/mm2 x 240480答：该材料的衰减系数为0.02dB/mm第二章疑声检测的物理基砒1.10用2.5MHz、20mm的探头测定500 mm厚的钢饼形锻件的衰减系数，现测得完好区域的B与B?波高差7dB,CL=5900m/s求此钢锻件的介质衰减 系数。为多少？（不计反射损失）2 2一、一一一 一 D 20 400解：近场区长度 N=/=-5 9x0 6=424mm4 x 4 x-3N=42.4 X 3=127.2mm f 2,5x 70 6T=500mm3N故可用厚件衰减系数公式B.B.6 7 6 _,a 二-二-=1.0 x10 dB/mm2T 2 x 500答：止匕钢锻件的介质衰减系数a为L0X10,dB/mm第二章疑声检测的物理基砒LU显示屏上有一个波高为满刻度的100%,但不 饱和，问衰减多少分贝后该波波高正好达10%?xn 100A=20lg =201g-=20dBx10第二章疑声检测的物理基砒1.12 5P20X10K2斜探头，楔块中声速 CL1=2700m/s 钢中声速Cl2=5900ih/s,CS2=3200m/s,求探头的入射角为多少度?解：K=ta np=2,p=ta n-1263.4C,z 2700sina=-sin B=-x 0.894=0.755C 7 3200a=sin“。.755=49答：探头的入射角为49第二章疑声检测的物理基砒1.13 用2 MHz(pl 4直探头探测厚度为400 mm的饼形锻 件，一次底波高度为100%时，二次底波高度为15%已知地面反射损失2 d B,求该材料衰减系数？解：衰减系数仪-2-2)。)2X20 lg(100/10)6 2a=-2 x 400a-0.015(dB/mm)答：该材料衰减系数为0.015dB/mm。第二章疑声检测的物理基砒1.14已知钢中Cs=3230m/s,某硬质合金中Cs=4000m/s,铝中Cs=3080m/s,求用检测钢的K1横波探头检测该硬 质合金和铝时的实际K值是多少？解：sin a l _ sin 0$钢 _ sin B$铝 _ s，n B s 硬质合金C Ll 0 S钢,S铝 0 S硬质合金K=l,p=45sin45浙B s铝sin B s硬质合金323030804000Pe=a r c sin(3080/3230)sin45=42.4 K 铝=0.9120 硬质合金=2用8111(4000/3230)51145=61.1 K 硬质合金=1.8